(57)【要約】サーマルイメージング装置が提供され、該装置は、  放射線を受光し、これに対応する検出器信号を出力するための検出器と、  検出器に関連して配置された操縦可能ミラー装置とを備え、  ミラー装置は、複数の場所に渡って入射瞳を走査して、該入射瞳の前記場所に対応する物体の個々の部分の温度を示す個々の検出器信号を出力するように操縦可能であり、  サーマルイメージング装置は、前記複数の入射瞳場所のうちの入射瞳場所の全てについて実質的に一定のエテンデュ(etendue)を提供するように構成される。
2019529899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルイメージング装置であって、
放射線を受光し、これに対応する検出器信号を出力するための検出器と、
検出器に関連して配置された操縦可能ミラー装置とを備え、
ミラー装置は、複数の場所に渡って入射瞳を走査して、検出器が入射瞳の前記場所に対応する物体の個々の部分の温度を示す個々の検出器信号を出力するように操縦可能であり、
サーマルイメージング装置は、前記複数の入射瞳場所のうちの入射瞳場所の全てについて実質的に一定のエテンデュを提供するように構成される、サーマルイメージング装置。
【請求項２】
検出器を制御して、入射瞳の前記複数の場所に対応する物体の個々の部分の温度をそれぞれ示す一連の検出器信号を出力するように構成された制御ユニットを備える請求項１に記載のサーマルイメージング装置。
【請求項３】
制御ユニットは、ミラー装置を操縦して、複数の位置の間で入射瞳の場所を走査するように構成される請求項２に記載のサーマルイメージング装置。
【請求項４】
操縦信号に応じてミラー装置を操縦するように構成された操縦装置と、
操縦信号および検出器制御信号を出力するように構成され、検出器が、第１場所における入射瞳で物体の温度を示す第１検出器信号、および第２場所における入射瞳で物体の温度を示す第２検出器信号を示す第２検出器信号を出力するようにした制御ユニットと、を備える請求項１に記載のサーマルイメージング装置。
【請求項５】
物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるように構成された対物レンズを備え、対物レンズはレンズを含み、
ミラー装置は、レンズ上の入射瞳の場所を制御するように操縦可能である請求項１〜４のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項６】
検出器は、単一画素検出器である請求項１〜５のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項７】
検出器は、フォトダイオードである請求項６に記載のサーマルイメージング装置。
【請求項８】
検出器は、アバランシェフォトダイオードである請求項７に記載のサーマルイメージング装置。
【請求項９】
ミラー装置は、マイクロ電気機械ミラーである請求項１〜８のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１０】
物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるように構成された対物レンズを備え、
サーマルイメージング装置は、前記複数の入射瞳場所について、ミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の理論的な最大円錐が、対物レンズによって提供できる収集した放射線の理論的な最大円錐の範囲内にあるように構成される、請求項１〜９のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１１】
物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるように構成された対物レンズと、
視野絞りとを備え、
サーマルイメージング装置は、視野絞りから対物レンズの立体角が、視野絞りからミラー装置の立体角より大きくなるように構成される、請求項１〜１０のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１２】
物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるように構成された対物レンズと、
視野絞りとを備え、
前記複数の入射瞳場所の各々について、視野絞りからミラー装置の立体角、または視野絞りから対物レンズの出射アパーチャへのミラー装置の立体角の投影は、対物レンズの出射アパーチャの範囲内にある、請求項１〜１１のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１３】
物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるように構成された対物レンズを備え、
サーマルイメージング装置は、対物レンズによって提供できる収集した放射線の理論的な最大円錐の半角が、ミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の理論的な最大円錐の半角より大きくなるように構成される、請求項１〜１２のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１４】
前記検出器信号によって、撮像対象である物体の１つ以上部分の温度を定量的に測定するように構成される、請求項１〜１３のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１５】
ミラー装置と、検出器と、物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるように構成された対物レンズとを備える光学システムを有し、
サーマルイメージング装置は、前記複数の全ての入射瞳場所について、光学システムの実質的に一定のエテンデュを提供するように構成される、請求項１〜１４のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１６】
ミラー装置は、ミラー装置を１つの軸の周りに、または２つの直交軸の周りに傾斜させることによって操縦されるように構成される、請求項１〜１５のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１７】
ミラー装置を連続的に操縦し、これにより前記複数の入射瞳場所のうちの入射瞳場所の間で入射瞳を連続的に走査するように構成される、請求項１〜１６のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１８】
検出器は、受光した放射線に応答して生成される信号に対して内部利得を提供する、請求項１〜１７のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項１９】
検出器信号を処理するように構成されたトランスインピーダンス増幅器を備える、請求項１〜１８のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２０】
２μｍ未満の波長を有する放射線を検出し、これにより前記物体の１つ以上の部分の温度を示す信号を生成するように構成された、請求項１〜１９のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２１】
検出器は、複数の放射線受光層を含み、前記複数の放射線受光層の各々は、前記複数の他の放射線受光層から、異なる波長範囲内の異なる波長または複数波長の到来する放射線を受光し、それに応答して信号を生成するように構成される、請求項１〜２０のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２２】
前記放射線受光層は、共通の放射線ビームから、これらが反応する個々の異なる波長の放射線をそれぞれ受光するように配置される、請求項２１に記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２３】
放射線受光層の各々からの信号を組み合わせて、これにより前記信号から波長依存性のサーマル画像を提供するように構成される、請求項２１または２２に記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２４】
ミラー装置によって提供される放射線の反射角を拡大するように構成された１つ以上の光学素子を備える、請求項１〜２３のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２５】
サーマルイメージング装置は、前記複数の場所に渡って入射瞳を走査するために、その操縦可能範囲の少なくとも５０％に渡ってミラー装置を操縦するように構成される、請求項１〜２４のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２６】
入射瞳の前記複数の場所は共に、サーマルイメージング装置に、少なくとも１０°の水平画角、及び／又は、少なくとも１０°の垂直画角を提供する、請求項１〜２５のいずれかに記載のサーマルイメージング装置。
【請求項２７】
サーマル画像データを決定する方法であって、
光学システムの一部を形成するミラー装置を操縦するステップであって、ミラー装置は検出器に関連して配置され、これにより複数の場所に渡って入射瞳を走査し、ミラー装置の位置が光学システムの入射瞳の場所を制御する、ステップと、
検出器において放射線を受光し、それに応じて、入射瞳の前記場所に対応する物体の個々の部分の温度を示す検出器信号を出力するステップとを含み、
光学システムは、前記複数の入射瞳場所のうちの入射瞳場所の全てについて実質的に一定のエテンデュが提供される、方法。
【請求項２８】
検出器を光学システムの第１入射瞳場所に操縦するステップと、
検出器を制御して、物体の第１部分の温度を示す第１検出器信号を出力するステップとを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
検出器を光学システムの第２入射瞳場所に操縦するステップと、
検出器を制御して、物体の第２部分の温度を示す第２検出器信号を出力するステップとを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数の場所に渡って入射瞳を走査するために、その操縦可能範囲の少なくとも５０％に渡ってミラー装置を操縦するステップを含む、請求項２７〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
入射瞳の前記複数の場所は共に、少なくとも１０°の水平画角、及び／又は、少なくとも１０°の垂直画角を提供する、請求項２７〜３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
検出器から、複数の位置の各々において、入射瞳の場所に対応する物体の一部の温度を示す検出器信号を受信するステップを含む、請求項２７〜３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
対物レンズが、物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるステップを含み、
前記複数の入射瞳場所について、ミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の理論的な最大円錐が、対物レンズによって提供できる収集した放射線の理論的な最大円錐の範囲内にある、請求項２７〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
対物レンズが、物体から到来する放射線を収集し、その一部を操縦可能ミラー装置に向けるステップと、
操縦可能ミラー装置を操縦し、これにより入射瞳を前記複数の場所に渡って走査するステップを含み、
視野絞りからのミラー装置の立体角、または視野絞りから対物レンズの出射アパーチャへのミラー装置の立体角の投影が、前記複数の入射瞳場所の各々について対物レンズの出射アパーチャの範囲内にある、請求項２７〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
ミラー装置を１つの軸の周りに、または２つの直交軸の周りに傾斜させることによって、ミラー装置を操縦するステップを含む、請求項２７〜３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
ミラー装置を連続的に操縦し、これにより前記複数の入射瞳場所の間で入射瞳を連続的に走査するステップを含む、請求項２７〜３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
検出器は、複数の放射線受光層を含み、
該方法は、前記放射線受光層の各々が、前記複数の他の放射線受光層から、異なる波長範囲内の異なる波長または複数波長の到来する放射線を受光し、それに応答して信号を生成するステップを含む、請求項２７〜３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記複数の放射線受光層の全てが、共通の放射線ビームから、個々の異なる波長または異なる波長範囲の放射線を受光するステップを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
複数の放射線受光層からの信号を組み合わせて、物体の少なくとも一部の波長依存性の画像を提供するステップを含む、請求項３７または３８に記載の方法。
【請求項４０】
コンピュータによって実行した場合、請求項２７〜３９のいずれかに記載の方法を実施するように構成されたコンピュータソフトウェア。
【請求項４１】
コンピュータ可読媒体に保存された請求項４０に記載のコンピュータソフトウェア。
【請求項４２】
添付図面を参照して実質的にここに記載されているような装置または方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマル画像データを生成するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触温度測定は、例えば、危険な環境または物体に物理的にアクセスできない場所など、多くの用途で採用されている。放射温度計は、物体からの放射線、典型的には赤外線を受光し、物体の表面上の測定スポットの表面温度を決定する。受光した放射線は、放射温度計内のセンサに向けられる。測定スポット内の物体の温度は、放射温度計によって正確に決定できる。例えば、こうした放射温度計は、鉄鋼生産において使用され、製鋼所から出力される鋼鉄の温度を測定できる。しかし、これは一例の用途に過ぎない。
【０００３】
サーマルイメージングカメラは、物体のサーマル画像データを生成する装置である。サーマル画像データは、物体の空間温度、即ち、物体の周囲の場所に対する物体の温度を表す。こうしたサーマルイメージングカメラは、少なくとも１つ、より一般的には２つの次元に配列された複数の画素を含む画素化検出器を含み、それぞれ物体の個々の部分の温度を示す信号を提供する。しかしながら、サーマルイメージングカメラは、物体の温度を決定するのに比較的不正確である。
【０００４】
単一画素サーマルイメージング装置が存在し、これは、走査ミラーを使用して、ある風景を経時的に走査し、これにより物体の異なる部分を同じ画素上に連続的に選択する。こうした装置は、画素化検出器よりも安価に製造でき、較正するのがより容易である。しかしながら、従来の単一画素サーマルイメージング装置は、モータによって１つ以上の軸の周りに回転する比較的大きなミラーを有しており、よって本質的に大型で嵩張っており、消費電力が大きい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態の目的は、従来技術の１つ以上の問題を少なくとも軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、サーマルイメージング装置を提供し、該装置は、
放射線（典型的には電磁放射線、典型的には赤外線）を受光し、これに対応する検出器信号を出力するための検出器と、
検出器に関連して配置された操縦可能ミラー装置（操縦可能ミラー装置は、典型的には到来する放射線を検出器上に反射するように構成される）とを備え、
ミラー装置は、入射瞳（典型的にはサーマルイメージング装置の入射瞳）の場所を制御して、検出器が入射瞳の場所に対応する物体のある部分の温度を示す検出器信号を出力するように操縦可能である。
【０００７】
操縦可能ミラー装置は、アパーチャ絞りを形成するように検出器に関連して配置されてもよい。代替として、操縦可能ミラー装置とは別個のアパーチャ絞りを設けてもよい。この場合、アパーチャ絞りおよびミラー装置は、典型的には、ミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の（理論的な）最大円錐(cone)が、ミラー装置の反射面の表面積の７０％超、好ましくはミラー装置の反射面の表面積の８０％超、ある場合はミラー装置の反射面の表面積の９０％超、好ましくはミラー装置の表面積の１００％未満をカバーするように構成される。典型的には、放射線の前記最大円錐は、ミラー装置の反射面のエッジ部をカバーせず、これによりエッジ効果を回避している。しかしながら、前記円錐によってカバーされるミラーの反射面の表面積の部分が大きいほど、検出器によって検出される信号の信号対ノイズ比は大きくなる。
【０００８】
典型的には、ミラー装置は、複数の場所を経由して入射瞳を走査するように操縦可能であり、サーマルイメージング装置は検出器信号を取得して、物体のサーマル画像を生成するように構成される。典型的には、ミラー装置は、複数の場所に渡って入射瞳の場所を走査するように操縦可能であり、検出器は、入射瞳の前記場所に対応する物体の個々の部分の温度を示す個々の検出信号を出力する。検出器は、前記複数の個々の入射瞳場所の各々においてサーマルイメージング装置によって受光された放射線に応答して、検出器信号を出力するように構成されてもよく、検出器信号は、入射瞳の個々の場所に対応する物体の一部の温度を示すものである。
【０００９】
典型的には、サーマルイメージング装置は、前記複数の入射瞳場所のうち全ての入射瞳場所に対して実質的に一定のエテンデュ(etendue)を提供するように構成される（例えば、サーマルイメージング装置は、平均エテンデュから１０％未満、好ましくは５％未満、好ましくは１％未満、好ましくは０％（即ち、好ましくは一定のエテンデュ）だけ逸脱するエテンデュを提供するように構成できる）。（即ち、サーマルイメージング装置は、サーマルイメージング装置のエテンデュが、前記複数の入射瞳場所のうち入射瞳場所の各々について実質的に同じになるように構成される）。
【００１０】
典型的には、サーマルイメージング装置は、検出器信号からサーマル画像を（典型的には場所に対して）生成するように構成される。典型的には、サーマルイメージング装置は、前記サーマル画像を（例えばディスプレイ上に）出力するように構成される。
【００１１】
典型的には、ミラー装置は、ミラー装置の操縦位置の可能な範囲を定義する操縦可能範囲を有する。サーマルイメージング装置は、前記複数の場所に渡って入射瞳を走査するために、その操縦可能範囲（または対物レンズに面しながら、その操縦可能範囲の）の少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも９０％、最も好ましくは１００％に渡ってミラー装置を操縦するように構成されてもよい。
【００１２】
入射瞳の前記複数の場所は共に、サーマルイメージング装置に、少なくとも１０°（より好ましくは少なくとも２０°、さらにより好ましくは少なくとも３０°、さらにより好ましくは４０°を超える）の水平画角、及び／又は、少なくとも１０°（より好ましくは少なくとも２０°、さらにより好ましくは少なくとも３０°、さらにより好ましくは４０°を超える）の垂直画角を提供してもよい。
【００１３】
典型的には、サーマルイメージング装置は対物レンズを含む。典型的には、対物レンズは、物体から到来する放射線を収集し、その一部を（典型的には対物レンズから直接に）操縦可能ミラー装置に向けるように構成される。典型的には、対物レンズは、収集された放射線を収束させ（典型的には、収集された放射線の円錐形を提供する）、その一部が操縦可能ミラー装置上に向けられるように構成される。対物レンズは、１つ以上の光学素子、例えば、１つ以上のレンズを含んでもよい。典型的には、ミラー装置は、対物レンズから受光した放射線を検出器上に反射するように構成される。
【００１４】
サーマルイメージング装置は、視野絞り（例えば、検出器によって、または検出器上に設けられたアパーチャ（例えば、機械的アパーチャ）によって設けられてもよい）を有してもよい。サーマルイメージング装置は（典型的には、対物レンズ、ミラー装置および視野絞りは）、視野絞りから対物レンズ（例えば、対物レンズの出射アパーチャ）の立体角が、視野絞りからミラー装置の立体角より大きくなるように構成されてもよい。典型的には、前記複数の入射瞳場所の各々について、視野絞りからミラー装置の立体角（または、典型的にはミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の（典型的には理論的な）最大円錐の主光軸に沿って、これを経由して収集された放射線が対物レンズを離れる、視野絞りから対物レンズの出射アパーチャへのミラー装置の立体角の投影）は、対物レンズの出射アパーチャ（これを経由して収集された放射線が対物レンズを離れる）の範囲内にあり（典型的にはこれを満杯にしない）、典型的には、これにより前記複数の全ての入射瞳場所について実質的に一定のエテンデュを維持する。
【００１５】
典型的には、ミラー装置は、対物レンズより低いエテンデュを有する。
【００１６】
典型的には、サーマルイメージング装置の入射瞳は、対物レンズの入射アパーチャよりも小さい面積を有する。
【００１７】
サーマルイメージング装置は（典型的には対物レンズおよびミラー装置）は、対物レンズ（典型的にはミラー装置とは独立）によって提供できる収集した放射線の（典型的には理論的）最大円錐の半角が、ミラー装置（典型的には対物レンズとは独立）によって受光され検出器上に反射（ミラー装置によって直接に、または１つ以上の集光レンズを用いて、及び／又はサーマルイメージング装置のアパーチャ絞りを用いて検出器上に反射）できる放射線の（典型的には理論的）最大円錐の半角より大きくなるように構成される。
【００１８】
典型的には、サーマルイメージング装置は（典型的には対物レンズおよびミラー装置は）、ミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の（典型的には理論的）最大円錐が、前記複数の入射瞳場所の各入射瞳場所について対物レンズ（典型的にはミラー装置とは独立）によって提供できる収集した放射線の（典型的には理論的）最大円錐の範囲内にあるように構成される（典型的には、これにより前記複数の全ての入射瞳場所に対して実質的に一定のエテンデュを維持する）。
【００１９】
サーマルイメージング装置を、実質的に一定のエタンデュを提供するように構成することによって（例えば、ミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の（典型的には理論的）最大円錐が、前記複数の入射瞳場所の全ての入射瞳場所について対物レンズ（典型的にはミラー装置とは独立）によって提供できる収集した放射線の（典型的には理論的）最大円錐の範囲内にあるように、サーマルイメージング装置を構成することによって）、口径食(vignetting)が防止され、サーマルイメージング装置は、前記複数の入射瞳場所のうちの全ての入射瞳場所について物体の正確なサーマル画像を放射計測的に形成でき、これによりサーマルイメージング装置は、撮像対象である物体の複数の部分の正確な定量的な温度測定を実施できる。
【００２０】
典型的には、サーマルイメージング装置は、典型的には前記検出器信号から、撮像対象である物体の少なくとも一部（典型的にはその複数の部分の各々）の温度を定量的に測定するように構成される。
【００２１】
サーマルイメージング装置は、ミラー装置を含む光学システムを備えてもよい。典型的には、光学システムはさらに対物レンズを備える。典型的には、光学システムはさらに検出器を備える。
【００２２】
サーマルイメージング装置は、前記複数の入射瞳場所のうちの全ての入射瞳場所について光学システムの実質的に一定のエテンデュ（または光学スループット）を提供するように構成されてもよい。
【００２３】
ミラー装置は、１つ以上の軸の周りのミラーの回転によって操縦されてもよいが、より典型的には、ミラー装置を１つの軸の周りに、または２つの直交軸の各々の周りに（典型的には独立に）傾斜させることによって操縦されてもよい。ミラー装置は、ミラー装置に作用する電界によって、所望の角度または方向に傾斜するように構成されていてもよい。ミラー装置を（回転というよりも）傾斜させることによって、ミラー装置は常に物体を撮像することを確保できる。回転ではなく傾斜（典型的には、ミラー装置への電界の印加によって）操縦するミラー装置を設置することにより、ミラー装置は、サーマルイメージング装置の入射瞳を前記入射瞳場所の間で連続的に移動することが可能になる（入射瞳場所の各々で「停止および凝視」することが必要というより、これは、例えば、ステップモータを使用して、走査ミラーを個々の別個の場所の間で回転させた場合に必要になる）。このことは、物体のより高速な走査を許容し、より高速なイメージングを可能にする。従って、サーマルイメージング装置は、ミラー装置を連続的に操縦し、これにより前記複数の入射瞳場所のうちの入射瞳場所の間で入射瞳を連続的に走査するように構成されていてもよい。
【００２４】
サーマルイメージング装置は、検出器を制御して、入射瞳の複数の位置に対応する物体の個々の部分の温度をそれぞれ示す一連の検出器信号を出力するように構成された制御ユニットを備えてもよい。
【００２５】
制御ユニットは、ミラー装置を操縦して、複数の位置の間で入射瞳の場所を走査するように構成されてもよい。
【００２６】
サーマルイメージング装置は、
操縦信号に応じてミラー装置を操縦するように構成された操縦装置と、
操縦信号および検出器制御信号を出力するように構成され、検出器が、第１場所における入射瞳で物体の温度を示す第１検出器信号、および第２場所における入射瞳で物体の温度を示す第２検出器信号を示す第２検出器信号を出力するようにした制御ユニットと、を備える。
【００２７】
サーマルイメージング装置は、レンズを備え、ミラー装置は、レンズ上の入射瞳の場所を制御するように操縦可能であってもよい。
【００２８】
検出器は、単一画素検出器でもよい。
【００２９】
検出器は、フォトダイオードでもよい。
【００３０】
検出器は、アバランシェフォトダイオードでもよい。
【００３１】
ミラー装置は、１０ｍｍ未満、より典型的には６ｍｍ未満、より典型的には５．５ｍｍ未満、より典型的には４ｍｍ未満の直径を有し（または検出器上に放射線を反射するように構成され）てもよい。ミラー装置は、マイクロ電気機械ミラーでもよい。マイクロ電気機械ミラーは、小型かつ軽量で携帯可能であり、電界の印加によって迅速かつ連続的に操縦でき、前記マイクロ電気機械ミラーを傾斜できることは理解されよう。さらにサーマルイメージング装置の分解能は、より小型の（例えば、マイクロ電気機械）ミラーを使用することによって向上できる。従って、小型のミラーを使用するサーマルイメージング装置は、従来のより大型で嵩張ったミラーを使用するサーマルイメージング装置に対して多くの利点を有する。
【００３２】
典型的には、検出器は、受光した放射線に応答して生成される（典型的には電気）信号（典型的には電流）に対して内部利得を提供する検出器である（典型的には１を超える内部利得、典型的には１０を超える内部利得、ある場合は５０を超える内部利得）。例えば、上述のように、検出器は、アバランシェフォトダイオードでもよい。これは、ミラーデバイスがマイクロ電気機械ミラーである場合に特に有用であり、理由は、マイクロ電気機械ミラーの小さいサイズは、検出器上に反射できる放射線の量を制限するためである。検出器の内部利得は、信号対ノイズ比を増加させることによって、この小さい信号サイズを克服するのを支援する。代替として、所定の必要な信号対ノイズ比では、等価な通常のフォトダイオードよりも小さいアバランシェフォトダイオードを設けることができる。アバランシェフォトダイオードは、典型的には高速な応答時間を有し、迅速に再使用できる。これによりアバランシェフォトダイオードは、より遅い応答時間を有する検出器よりも素早く、ある範囲の入射瞳場所に渡って到来する放射線を測定することが可能になる。こうしてアバランシェフォトダイオードは、高い分解能の画像および正確な温度測定を提供するための画素を形成するために使用できる。
【００３３】
サーマルイメージング装置は、検出器（例えば、アバランシェフォトダイオード）から電流信号を受信し、受信した電流信号を電圧信号に変換し（そして増幅を提供する）ように構成されたトランスインピーダンス増幅器を備えてもよい。
【００３４】
検出器は、２μｍ未満、または１．５μｍ未満、典型的には８００ｎｍ超の波長を有する（電磁）放射線を検出するように構成されてもよく、これにより撮像対象である物体（少なくともその一部、典型的にはその複数の部分）の温度を示す信号を生成する。こうした（より短い）波長での放射線の検出は、未知のターゲット放射率によって生ずる誤差の減少をもたらすことができる。代替として、検出器は、２μｍより大きい波長を有する（電磁）放射線を検出するように構成されてもよい。
【００３５】
検出器は、マルチスペクトル検出器を含んでもよい。検出器は、複数の放射線受光層を含み、前記放射線受光層の各々は、前記複数の他の放射線受光層から、異なる波長（または異なる波長範囲）の到来する放射線を受光し、それに応答して（典型的には電気）信号を生成するように構成される。前記複数の放射線受光層は、一緒に積み重ねて(stack)配置されてもよい。典型的には、前記複数の放射線受光層は、ある軸に沿って互いに整列しているが、該軸に沿って互いに軸方向にオフセットしている。前記複数の放射線受光層は、共通の到来する放射線ビームから、これらが反応する個々の異なる波長の放射線をそれぞれ受光するように配置されていてもよい。これにより放射線受光層の各々からの信号を組み合わせることによって、波長依存性の画像を導出することが可能になる。このようにして波長依存画像を達成することは、従来のマルチスペクトルカメラによるものよりも著しく安価である。
【００３６】
複数の放射線受光層は、第１半導体材料からなる第１放射線受光層と、第１放射線受光層から軸方向にオフセットしており、第１半導体材料とは異なる第２半導体材料を含み、またはこれからなる第２放射線受光層とを備えてもよい。複数の放射線受光層は、第１厚さ（厚さは、典型的には放射線受光層が配置される軸に対して平行または少なくとも実質的に平行である）の第１半導体材料を含み、またはこれからなる第１放射線受光層と、第１放射線受光層から軸方向にオフセットしており、第１厚さとは異なる第２厚さの第１半導体材料を含み、またはこれからなる第２放射線受光層とを備えてもよい。
【００３７】
典型的には、検出器は、到来する放射線に応答して、放射線受光層の各々から（典型的には別個の）信号を提供するように構成される。サーマルイメージング装置はさらに、放射線受光層の各々から出力される（典型的には別個の）信号から波長依存性のサーマル画像を導出し（そして典型的には、これを表現するデータを出力し及び／又はメモリに保存）するように構成される。サーマルイメージング装置は、到来する放射線に応答して放射線受光層の各々から別個の信号を提供し、前記別個の信号を組み合わせて、これにより前記別個の信号から波長依存性のサーマル画像を提供するように構成されてもよい。
【００３８】
前記複数の放射線受光層のうちの１つ以上は、個々の層が（典型的には電気的）信号を生成するように応答する放射線のある波長範囲よりも長い波長を有する放射線に対して透明または実質的に透明でもよい。例えば、外側（例えば、露出した）放射線受光層（例えば、到来する放射線が最初に遭遇する）は、前記外側層が応答して、これにより（典型的には電気的）信号を生成する放射線のある波長範囲よりも長く、そして、内側放射線受光層（例えば、到来する放射線が２番目に遭遇する）が応答して、これにより（典型的には電気的）信号を生成する放射線のある波長範囲の内側にある波長を有する放射線に対して透明または実質的に透明でもよい。こうして特定の波長範囲の放射線は、比較的減衰なしで第１（例えば、露出した）放射受容層を通過でき、第１のものの下方にある第２放射受容層によって受光できる。
【００３９】
サーマルイメージング装置は、（典型的には、サーマルイメージング装置の入射アパーチャを介して観察した場合）ミラー装置によって提供される放射線の反射角を拡大するように構成された１つ以上の光学素子（典型的には、１つ以上のレンズを含む）を含んでもよい。典型的には、前記１つ以上の光学素子は、マルチ素子光学配置（典型的には、例えば、逆望遠(inverse telephoto)配置のレンズ群など、複数のレンズを含む）を含む。対物レンズは、１つ以上の光学素子を含んでもよい。前記１つ以上の光学素子は、１つ以上のレンズ（典型的には、逆望遠配置のレンズ群など、複数のレンズを含む）を含んでもよい。１つ以上のレンズは、サーマルイメージング装置の入射アパーチャ（それを通って物体からの放射線がサーマルイメージング装置に入射する）と、ミラー装置との間に設けてもよい。こうして前記１つ以上の光学素子は、ミラー装置に印加される比較的より小さい傾斜角が、サーマルイメージング装置の入射瞳を比較的大きい距離に渡って移動させることを可能にする。このことは、ミラー装置の物理的な傾斜範囲に対する制限（即ち、ミラー装置が１つの軸の周り、または２つの直交軸のうちの１つ以上の周りで傾斜できる量に対する制限）を克服するのを支援し、入射瞳を、ミラー装置自体の操縦可能範囲によって許容されるものより広い範囲の角度に渡って走査できるようにすし、これによりサーマルイメージング装置の視野を増加させる。
【００４０】
本発明の第２の態様は、サーマル画像データを決定する方法を提供し、該方法は、
光学システムの一部を形成するミラー装置を操縦するステップであって、ミラー装置は検出器に関連して配置され（ミラー装置は、典型的には、到来する放射線を検出器上に反射するように構成される）、ミラー装置の位置が光学システムの入射瞳の場所を制御する、ステップと、
検出器において放射線を受光し、それに応じて、入射瞳の場所に対応する物体の一部の温度を示す検出器信号を出力するステップと、を含む。
【００４１】
この方法は、典型的には前記検出器信号から、撮像対象である物体（の少なくとも一部、典型的には、その複数の部分の各々）の温度を定量的に測定することを含んでもよい。
【００４２】
典型的には、この方法は、ミラー装置を操縦し、これにより複数の場所に渡って入射瞳を走査することを含む。この方法は、検出器において放射線を受光し、それに応じて入射瞳の前記場所に対応する物体の個々の部分の温度を示す検出器信号を出力することを含んでもよい。この方法は、入射瞳の前記複数の場所の各々において検出器信号を取得し、これにより物体のサーマル画像を生成することを含んでもよい。この方法は、入射瞳の個々の場所の各々で受光された放射線に応答して検出器信号を出力することを含んでもよく、検出器信号は、入射瞳の個々の場所に対応する物体の一部の温度を示すものである。
【００４３】
光学システムは、前記複数の入射瞳場所の全てについて実質的に一定のエタンデュ（または光学スループット）を備えてもよい。
【００４４】
この方法は、前記複数の全ての入射瞳場所について光学システムの実質的に一定のエテンデュ（または光学スループット）を維持することを含んでもよい。
【００４５】
典型的には、対物レンズ(objective)が設けられる。典型的には、この方法は、物体から到来する放射線を収集することと、その一部を操縦可能ミラー装置に方向付けることとを含む。典型的には、この方法は、対物レンズが、収集された放射線の一部が操縦可能ミラー装置上に方向付けられるように、収集した放射線を収束させる（典型的には、収集した放射線の円錐を提供する）ことを含む。典型的には、ミラー装置は、対物レンズから受光した放射線を検出器上に反射するように構成される。
【００４６】
典型的には、前記複数の入射瞳場所の各々について、ミラー装置によって受光され検出器上に検出できる放射線の（典型的には理論的）最大円錐は、対物レンズ（典型的にはミラー装置とは独立）によって提供できる収集した放射線の（典型的には理論的）最大円錐の範囲内にあり、典型的には、これにより前記複数の入射瞳場所の全ての入射瞳場所について、光学システムの実質的に一定のエテンデュを提供する。
【００４７】
典型的には、この方法は、操縦可能ミラー装置を操縦し、これにより入射瞳を前記複数の場所に渡って走査することを含み、視野絞りからのミラー装置の立体角（または、典型的にはミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の（典型的には理論的）最大円錐の主光軸に沿った、視野絞りから対物レンズの出射アパーチャへのミラー装置の立体角の投影）が、前記複数の入射瞳場所の各々について対物レンズの出射アパーチャの範囲内にあり（典型的にはこれを満杯にしないように）、典型的には、これにより前記複数の全ての入射瞳場所について光学システムの実質的に一定のエテンデュを提供する。
【００４８】
この方法は、１つ以上の軸の周りのミラー装置の回転によってミラー装置を操縦することを含んでもよいが、より典型的には、１つの軸の周りまたは２つの直交軸の各々の周りに（例えば、独立に）ミラー装置を傾斜させることによって、ミラー装置を操縦することを含む。この方法は、ミラー装置に電界を印加し、これによりミラー装置を所望の角度または方向に傾斜させることを含んでもよい。この方法は、ミラー装置を連続的に操縦し、これにより前記複数の入射瞳場所の間で入射瞳を連続的に走査することを含んでもよい。
【００４９】
この方法は、
検出器を、光学システムの第１入射瞳場所に操縦するステップと、
検出器を制御して、物体の第１部分の温度を示す第１検出器信号を出力するステップと、を含んでもよい。
【００５０】
この方法は、
検出器を、光学システムの第２入射瞳場所に操縦するステップと、
検出器を制御して、物体の第２部分の温度を示す第２検出器信号を出力するステップと、を含んでもよい。
【００５１】
この方法は、ミラー装置を操縦して、複数の場所の間で入射瞳の場所を走査するステップを含んでもよい。
【００５２】
この方法は、検出器から、複数の位置の各々において、入射瞳の場所に対応する物体の一部の温度を示す検出器信号を受信するステップを含んでもよい。
【００５３】
ミラー装置は、マイクロ電気機械ミラーでもよい。
【００５４】
この方法は、検出器が、受光した放射線に応答して生成された（典型的には電気）信号（例えば、電流）に内部利得を適用することを含んでもよい。
【００５５】
この方法は、トランスインピーダンス増幅器が、検出器（例えば、アバランシェフォトダイオード）から電流信号を受信し、受信した電流信号を電圧信号に変換する（典型的には電圧信号を増幅する）ことを含んでもよい。
【００５６】
この方法は、検出器が、２μｍ未満、または１．５μｍ未満の波長を有する、到来する（電磁）放射線を検出し、撮像対象である物体（少なくともその一部、典型的にはその複数の部分）の温度を示す信号を生成することを含んでもよい。
【００５７】
検出器は、複数の放射線受光層を含んでもよい。この方法は、前記放射線受光層の各々が、前記複数の他の放射線受光層からの異なる波長（または異なる波長範囲）の到来する放射線を受光し、それに応答して（典型的には電気）信号を生成することを含んでもよい。この方法は、前記複数の放射線受光層の全てが、共通の到来する放射ビームからの個々の異なる波長（または異なる波長範囲）の放射線を受光することを含んでもよい。
【００５８】
この方法は、到来する放射線に応答して、放射線受光層の各々から（典型的には別個の）信号を提供することを含んでもよい。この方法は、放射線受光層の各々から出力される（典型的には別個の）信号から波長依存性のサーマル画像を導出し（そして典型的には、これを表現するデータを出力し及び／又はメモリに保存）することを含んでもよい。この方法は、到来する放射線に応答して放射線受光層の各々から別個の信号を提供することと、前記別個の信号を組み合わせて、これにより前記別個の信号から波長依存性のサーマル画像を提供することとを含んでもよい。
【００５９】
この方法は、前記外側層が応答して、これにより（典型的には電気的）信号を生成する放射線のある波長範囲よりも長く、そして、内側放射線受光層（例えば、到来する放射線が２番目に遭遇する）が応答して、これにより（典型的には電気的）信号を生成する放射線のある波長範囲の内側にある波長を有する到来する放射線ビームから、前記複数の放射線の外側（例えば、露出した）放射線受光層（例えば、到来する放射線が最初に遭遇する）を経由して送信することを含んでもよい。この方法はさらに、外側放射線層が、前記外側層が応答して、これにより（典型的には電気的）信号を生成する放射線のある波長範囲の内側にある波長を有する前記到来する放射線ビームから放射線を受光し、それに応答して（典型的には電気的な）信号を生成することを含んでもよい。この方法はさらに、内側放射線層が、前記内側層が応答して、これにより（典型的には電気的）信号を生成する放射線のある波長範囲の内側にある波長を有する前記到来する放射線ビームから放射線を受光し、それに応答して（典型的には電気的な）信号を生成することを含んでもよい。
【００６０】
サーマルイメージング装置の入射アパーチャを介して観察した場合、ミラー装置によって提供される放射線の反射角を拡大することを含んでもよい。
【００６１】
この方法は、前記複数の場所に渡って入射瞳を走査するために、ミラー装置をその操縦可能範囲（または対物レンズに面しながら、その操縦可能範囲の）の少なくとも５０％に渡って操縦することを含んでもよい。
【００６２】
入射瞳の前記複数の場所は共に、少なくとも１０°の水平画角及び／又は少なくとも１０°の垂直画角を提供してもよい。
【００６３】
本発明の第３態様は、コンピュータによって実行した場合、本発明の第２態様に係る方法を実施するように構成されたコンピュータソフトウェアを提供する。
【００６４】
本発明の第４態様は、（典型的には非一時的な）コンピュータ可読媒体に保存された本発明の第３態様のコンピュータソフトウェアを提供する。
【００６５】
本発明の第５態様は、添付図面を参照して実質的にここに記載されているような装置または方法を提供する。
【００６６】
ここに記載した本発明の態様の何れかの特徴の何れかは、必要に応じて、ここに記載した本発明の他の態様の何れかの任意または好ましい特徴でもよいことは理解されよう。例えば、装置に関する本発明の態様の特徴は、方法に関する本発明の特徴に対応することがあり、逆もまた同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
本発明の実施形態は、添付図面を参照して、ただの一例として説明する。
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係るサーマルイメージング装置の図である。
【図２】本発明の実施形態に係るサーマルイメージング装置の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る方法を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係る複数の場所に関連した物体の図である。
【図５】操縦可能ミラー装置の傾斜角を拡大するためのマルチ光学素子配置の図である。
【図６】複数の放射線受光層を含むマルチスペクトル検出器を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１は、本発明の実施形態に係るサーマルイメージング装置１００を示す。サーマルイメージング装置１００は、物体のある領域に渡って温度を示すサーマルデータを提供するように構成される。サーマルデータは、後述するように、物体の領域に渡って分布した複数の場所の各々における温度を示すものである。サーマルイメージング装置は、好都合には場所の各々における温度の正確な測定値を提供し、複数の個々の測定値を組み合わせて、サーマルデータを形成する。
【００７０】
サーマルイメージング装置１００は、その内部に装置１００のコンポーネントが設置されるハウジング１０５を備える。サーマルイメージング装置１００は、検出器１１０と、操縦可能装置１２０と、レンズ１３０（典型的にはサーマルイメージング装置１００の対物レンズとして機能する）とを備える。コンポーネントは、サーマルイメージング装置１００のイメージングシステムを形成する。サーマルイメージング装置１００は、図１に示したもの以外に、レンズ、マスクおよびバッフルのうちの１つ以上を備えてもよいことは理解されよう。
【００７１】
検出器１１０は、使用時に、レンズ１３０を介して物体からの放射線を受光し、受光した放射線に対応する検出器信号を出力するように構成される。検出器１１０は、単一画素検出器、即ち、その上に入射する放射線に対応する単一の測定値を提供する検出器でもよい。図１の構成において、検出器１１０は、イメージングの視野絞りを形成し、ここで検出器１１０のエッジは、視野絞りの対応するエッジを定義する。しかしながら、他の実施形態において、視野絞りを形成する機械的アパーチャが検出器の上に設けられてもよい。検出器１１０は、フォトダイオードでもよく、いくつかの実施形態では、アバランシェフォトダイオード１１０でもよい。
【００７２】
操縦可能装置１２０は、検出器１１０に関連して配置される。操縦可能装置１２０は、レンズ１３０から、レンズ１３０よって収集され収束された、物体からの到来する放射線の一部を受けて、それを検出器１１０に向かって反射するように構成される。図１の構成において、操縦可能装置１２０は、アパーチャ絞りを形成するように構成される。しかしながら、別個のアパーチャ絞りを設けてもよく（例えば、図５に示して後述するように、操縦可能装置１２０と検出器１１０との間の機械的アパーチャを用いて）、これは、操縦可能装置１２０が受光して検出器１１０に向けて反射できる放射線の理論的な最大円錐を制限する（対物レンズとは独立に）。
【００７３】
操縦可能装置１２０は、検出器１１０に対する装置の角度を制御し、これによりレンズ１３０上のイメージングシステムの入射瞳の場所を制御するように動作可能である。入射瞳の場所は、物体上の場所に対応しており、そこから放射線がサーマルイメージング装置１００によって受光される。こうして入射瞳の場所を変化させて物体の異なる部分を選択することによって、検出器１１０は、物体の個々の部分の温度を示す検出器信号を出力するようになる。
【００７４】
物体のサーマル画像を構築するために、操縦可能装置１２０は操縦、これにより複数の場所に渡って入射瞳を走査し、場所の各々において検出器１１０は、（操縦可能装置１２０によって受光され検出器上に反射される到来する放射線によって）物体の個々の部分の温度を示す検出器信号を出力するようになる。
【００７５】
図１に示すように、レンズ１３０（操縦可能装置１２０とは独立に）によって提供できる収集した放射線の理論的な最大円錐１３２は、操縦可能装置１２０（レンズ１３０とは独立に）によって受光され検出器１１０上に反射できる放射線の理論的な最大円錐の半角よりも大きい半角を有してもよい。操縦可能装置１２０が操縦されて入射瞳を走査する場合、検出器１１０上に受光され反射できる放射線の理論的な最大円錐１２２もまた、入射瞳の場所に応じて移動する。この場合、前記複数の各入射瞳場所では、操縦可能装置１２０によって受光され検出器１１０上に反射できる放射線の理論的な最大円錐１２２は、レンズ１３０によって提供できる収集した放射線の理論的な最大円錐１３２の範囲内にある。これにより前記複数の入射瞳場所全てについて、サーマルイメージング装置１００のイメージングシステムの実質的に一定（好ましくは一定）のエテンデュ（または光学スループット）を維持する。これによりサーマルイメージング装置１００は、前記複数の入射瞳場所の各々について撮像対象である物体の正確なサーマル画像を放射計測的に形成することが可能になり、これによりサーマルイメージング装置１００は、撮像対象である物体の複数の部分の正確な定量的温度測定を実施することが可能になる。実際、サーマルイメージング装置は、サーマルデータから撮像対象である物体の１つ以上の部分の定量的な温度測定値を導出するように構成してもよい。サーマルイメージング装置はさらに、サーマルデータから導出された撮像対象である物体の１つ以上の部分の定量的な温度測定値を（例えば、サーマルイメージング装置のディスプレイに）出力するように構成してもよい。サーマルイメージング装置はまた、サーマルデータから導出されたサーマル画像を生成して出力するように構成してもよい。
【００７６】
図１からは、視野絞り（この実施形態では検出器１１０によって提供される視野絞り）からのレンズ１３０の立体角は、視野絞りからの操縦可能デバイス１２０の立体角よりも大きくてもよいことも理解されよう。同様に、視野絞りからの操縦可能装置１２０の立体角（または操縦可能装置１２０によって受光され検出器１１０上に反射できる放射線の理論的な最大円錐１２２の主光軸に沿った、視野絞りからレンズ１３０の出射アパーチャ「ａ」上への操縦可能装置１２０の立体角のレンズ１３０の投影）は、前記複数の各入射瞳場所についてレンズ１３０の出射アパーチャａの範囲内にある（そしてこれを満杯にしない）。言い換えれば、典型的には、サーマルイメージング装置１００の射出瞳は、前記複数の各入射瞳場所についてレンズ１３０の出射アパーチャの範囲内にある。上記のように、これらの特徴は、イメージングシステムのエタンデュが前記複数の入射瞳場所全てについて実質的に一定（好ましくは一定）のままであることを確保するのを支援し、サーマルイメージング装置１００が正確なサーマル画像を放射計測的に取得することを可能にする。
【００７７】
サーマルイメージング装置に可能な限り広い視野を提供するために、複数の入射瞳場所が広範囲の入射瞳場所をカバーし、好ましくは、操縦可能装置１２０が操縦することが可能である操縦可能範囲全体（または対物レンズに面しながら、その操縦可能範囲の）に渡って入射瞳場所を包含することが好ましい。好ましくは、入射瞳が走査される入射瞳場所は、少なくとも１０°、より好ましくは少なくとも２０°、より好ましくは少なくとも３０°、さらにより好ましくは４０°を超える水平画角および垂直画角をサーマルイメージング装置に提供する。しかしながら、幾つかの実施形態では、複数の入射瞳場所が、操縦可能装置１２０が操縦可能である操縦可能範囲の一部だけ（例えば１００％未満で、５０％超、７０％超、８０％超、または９０％超）を通して入射瞳場所を包含してもよい。
【００７８】
一実施形態では、操縦可能装置１２０はマイクロミラー装置であるが、信号に応じて制御される反射角を有する他の装置が使用できることは理解されよう。幾つかの実施形態において、操縦可能装置１２０は、１０ｍｍ未満、典型的には６ｍｍ未満、より典型的には５．５ｍｍ未満、さらに典型的には４ｍｍ未満の直径を有する反射面を有する。いくつかの実施形態では、操縦可能装置１２０は、マイクロ電気機械（ＭＥＭＳ）ミラーである。ＭＥＭＳミラーに提供される１つ以上の信号は、ミラーに作用する電界を用いて、ミラーの角度および方向の一方または両方を制御する。
【００７９】
ミラーのサイズを減少させることによって、サーマルイメージング装置の分解能が増加でき、サーマルイメージング装置は、より携帯可能でコンパクトにできる。さらに、操縦可能装置１２０によって受光され、検出器１１０上に反射できる放射線の最大円錐１２２は、レンズ１３０によって提供できる収集した放射線の最大円錐１３２の範囲内に留まるりことを確保するのがより容易であり、これによりサーマルイメージング装置１００のイメージングシステムに、前記複数の全ての入射瞳場所について実質的に一定（好ましくは一定）のエタンデュ（または光学スループット）を提供する。しかしながら、検出器１１０によって受光される信号の大きさ（従って信号対ノイズ比）は減少し、それは、より大きなミラーを用いた場合よりも少ない放射線が受光され、操縦可能装置１２０によって検出器上に反射されるためである。さらに、サーマルイメージング装置１００は、撮像対象である物体自体によって放射される放射線を検出するため（強度が容易に制御できる放射ビームを放射するように構成された放射線源からの放射ではなく）、信号の強度を単に増加させることによって、信号対ノイズ比の減少を克服することは容易には可能ではない。この制限を克服するために、信号対ノイズ比を増加させることによって、検出器１１０は、到来する放射線に応答して生成される信号に、内部利得（好ましくは１０以上、２０以上、または５０以上の利得）を適用する検出器を備えてもよく、またはそれからなるものでもよい。例えば、上述のように、検出器は、アバランシェフォトダイオードを備えてもよく、またはそれからなるものでもよい。アバランシェフォトダイオードは、高速な応答時間の追加の利益を有し、これは、特に検出器が単一画素検出器である場合、より高い分解能のサーマル画像をより迅速に生成できる。アバランシェフォトダイオードはまた、重い印加された逆バイアスによって低下する静電容量を有し、これは、一般のフォトダイオードと比較して（特により高い周波数において）ノイズを低減する。検出器１１０がアバランシェフォトダイオードを備える場合、サーマルイメージング装置はさらに、アバランシェフォトダイオードから電流信号を受信し、それを増幅し、それを電圧信号に変換するように構成されたトランスインピーダンス増幅器を備えてもよい。トランスインピーダンス増幅器は、アバランシェフォトダイオードと共に使用するのに特に適しており、理由は、これらはアバランシェフォトダイオードからの光電流を電圧に変換しながら、それらが同じ電圧に留まるように強制できるためである。これにより受信電力（放射照度）と増幅器からの電圧出力との間に線形関係をもたらす。
【００８０】
図２は、サーマルイメージング装置１００を概略的に示す。上述のように、サーマルイメージング装置１００は、検出器１１０と、操縦可能装置１２０とを備える。使用時には、検出器は、その上に入射する放射線を示す検出器信号１１５を出力するように構成される。操縦可能装置１２０は、操縦信号１２５に応答して操縦されるように構成される。
【００８１】
サーマルイメージング装置１００はさらに、検出器１１０を制御して検出器信号１１５を出力するように構成された制御ユニット２００を備える。制御ユニット２００は、操縦信号１２５を操縦可能装置１２０に提供する。サーマルイメージング装置１００は、内部にサーマルデータを保存するために、制御ユニット２００に接続されたメモリユニット２１０を備える。制御ユニット２００は、例えば、ＭＥＭＳミラー１２０などの操縦可能装置１２０の角度および方向の一方または両方を示す操縦信号１２５を操縦可能装置１２０に動作可能に出力するように構成され、レンズ１３０上の入射瞳の場所を制御し、これにより熱的に撮像される物体の領域内の物体の一部を選択する。
【００８２】
制御ユニット２００は、検出器１１０から検出器信号１１５を受信するように構成される。幾つかの実施形態では、図２には具体的に示していないが、制御ユニット２００は、検出器１１０にある信号を出力して、検出器１１０に、そこに入射する放射線を示す検出器信号１１５を提供させるように構成される。こうして制御ユニット２００は、幾つかの実施形態において、いつ検出器信号が受信されかを制御して、検出器信号１１５に対応する入射瞳の位置、および物体の周りの場所が既知となるようにできる。後述するように、いくつかの実施形態において、制御ユニット２００は、操縦可能装置１２０および検出器１１０を制御して、入射瞳の複数の位置に対応する物体の個々の部分の温度をそれぞれ示す一連の検出器信号１１５を受信するように構成される。
【００８３】
制御ユニット２００は、サーマルデータをメモリユニット２１０に保存するように構成される。物体のある場所の温度を示すサーマルデータは、メモリユニット２１０に保存される。サーマルデータの各ピースまたはアイテムが、サーマルデータが温度を示す物体の場所を示す場所情報と関連付けられて、メモリユニット２１０に保存できる。場所情報は、サーマルデータが関連付けられた検出器信号１１５に対応する入射瞳の場所を示してもよい。
【００８４】
図３は、本発明の実施形態に係る方法３００を示す。方法３００は、物体に対応するサーマル画像データを決定する方法である。方法３００は、図１と図２に上述し図示した装置によって実施できる。
【００８５】
方法３００は、操縦可能装置をある場所に操縦するステップ３１０を含む。ステップ３１０において、制御ユニット２００は、１つ以上の操縦信号１２５を出力して、例えば、ＭＥＭＳミラー１２０などの操縦可能装置１２０を、検出器１１０に対して所望の角度に移動できる。こうしてステップ３１０においてレンズ１３０への入射瞳の場所が決定される。その結果、装置は、入射瞳場所に対応する物体上の場所から放射線を受光するように構成される。例示の物体４００を示す図４を参照する。物体４００上の第１場所４１０が示されており、これは、ステップ３１０において１つ以上の操縦信号１２５を出力する制御ユニット２００によって選択できる。図４に示す物体４００上の場所４１０は単なる例であることは理解されよう。第１場所４１０は、例えば、ステップ３１０の第１反復において選択してもよい。ステップ３１０の結果として、入射瞳の場所によって物体４００について選択された場所４１０から由来する放射線は、レンズを経由して装置１００に入り、そして操縦可能装置１２０によって検出器１１０に反射される。
【００８６】
ステップ３２０において、ステップ３１０において選択された場所における物体４００の温度が決定される。ステップ３２０は、制御ユニット２００が１つ以上の信号を検出器１１０に出力して、検出器を起動し、検出器信号１１５を出力させることを含んでもよい。応答の際、検出器１１５は、検出器信号１１５を出力するように構成され、これは、制御ユニット２００によって受信される。ステップ３２０において、制御ユニット２００は、受信した検出器信号１１５を示すサーマルデータをメモリユニット２１０に保存できる。上述のように、サーマルデータは、物体４００上の場所４１０を示す場所データと関連付けできる。
【００８７】
ステップ３３０において、ステップ３１０で選択された場所が、それから温度が決定される物体４００の最後または最終の場所であるか否かが決定される（例えば、前記複数の最後または最終の入射瞳場所に対応する）。例えば、図４では、複数の場所、特に物体４００の周りの４つの場所４１０〜４４０が示されている。図４では、４つの場所４１０〜４４０は空間的に分離しており、即ち、重なっていない。しかしながら、複数の場所４１０〜４４０は、部分的に重なってもよいことは理解されよう。ステップ３３０において、その場所が複数の場所のうちの最終場所ではない場合、方法はステップ３１０に戻り、図４で例として示すように、例えば、第２場所４２０など、次のまたは追加の場所が選択される。そして第２場所４２０に対応するサーマルデータは、ステップ３２０においてメモリユニット２１０に保存される。複数の場所４１０〜４４０の全てに対応するサーマルデータがメモリユニット２１０に保存されるまで、ステップ３１０〜３３０を繰り返すことができる。幾つかの実施形態において、ステップ３１０〜３３０は、物体４００をラスタ走査(raster-scan)するように実施できる。物体４００のラスタ走査は、一般には水平でもよい第１行に沿って決定される第１の複数の場所の温度を含んでもよく、そして、第２の複数の場所が第２行において決定される。場所の追加の行が含まれてもよい。こうして物体の領域の温度が決定される。ラスタ走査は、物体４００の温度の時間発展(time-evolution)を決定するために、より後にある１つ以上の時点で繰り返してもよい。
【００８８】
方法３００が実施された後、メモリユニット２１０に保存されたサーマルデータは、例えば、複数の場所を包含する物体４００の領域に対応するサーマル画像を出力するために使用してもよい。しかしながら、サーマルイメージングカメラを使用することとは対照的に、本発明の実施形態によって生成されるサーマル画像は、ポイントまたは単一画素の検出器によって生成されることに起因して、改善した精度を有するサーマルデータを含む。これは特に、前記複数の入射瞳場所の各々について、操縦可能装置１２０によって検出器１１０上に受光され反射できる放射線の理論的な最大円錐１２２は、レンズ１３０によって提供できる収集した放射線の理論的な最大円錐１３２の範囲内にある実施形態の場合であり、これによりサーマルイメージング装置１００のイメージングシステムに、前記複数の全ての入射瞳場所について実質的に一定（好ましくは一定）のエタンデュ（または光学スループット）を提供する。上述のように、これによりサーマルイメージング装置１００は、撮像対象である物体の正確なサーマル画像を放射計測的に形成することが可能になり、これによりサーマルイメージング装置１００は、撮像対象である物体の１つ以上の部分の正確な定量的な温度測定を実施することが可能になる。
【００８９】
図３は、物体４００の離散した場所４１０〜４４０の温度が決定され、それに対応するサーマルデータがメモリに保存される「停止および凝視」モードでの図１の装置の動作を説明していることが理解されよう。しかしながら、装置１００は、「自走(free-running)」構成で使用してもよいことは理解されるであろう。こうした構成において、制御ユニット２００は、操縦可能装置１２０を連続的に移動するように制御して、入射瞳がレンズ１３０を横切って連続的に移動するようにする。その結果、放射線が受光される物体４００の周りの場所も連続的に動く。幾つかの実施形態において、検出器信号１１５は、場所が物体４００を横切って連続的に移動する際の温度を示す電圧でもよい。装置１００は、検出器信号１１５の電圧を受信して、検出器信号１１５に対応するデジタルデータを制御ユニット２００に出力するように構成されたアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を備えてもよい。制御ユニット２００は、受信したデータをサーマル画素データに分割し、受信したデジタルデータに対応するデータをメモリユニット２１０に周期的に保存する。
【００９０】
幾つかの実施形態において、操縦可能装置１２０は、１つ以上の軸の周りのミラーの回転によって操縦されるが、より典型的には、１つの軸の周り（１次元画像の場合）または（典型的には独立に）２つの直交軸の各々の周りに（２次元画像の場合）、ミラーを傾斜させることによって、操縦可能装置１２０は操縦される。操縦可能装置１２０は、ミラーに作用する電界によって所望の角度または方向に傾斜するように構成されてもよい（例えば、操縦可能装置１２０がこれらの特性を有するマイクロ電気機械ミラーでもよい）。操縦可能装置１２０を（回転ではなく）傾斜させることによって、操縦可能装置１２０が撮像対象である物体を絶えず撮像することを確保できる（例えば、サーマルイメージング装置１００の内部を観察するのに時間を費やすのではなく）。回転ではなく、傾斜によって操縦する操縦可能装置１２０を設けることにより、操縦可能装置１２０がサーマルイメージング装置１００の入射瞳を入射瞳場所の間で連続的に移動させることをより容易にする（即ち、「停止および凝視」モードよりも「自走モード」で動作させる）。これにより物体のより高速な走査が可能になり、より高速な撮像が可能になる。従って、サーマルイメージング装置１００は、ミラー装置を連続的に操縦し、これにより入射瞳場所の間で入射瞳を連続的に走査できる。
【００９１】
図１の実施形態における対物レンズは、簡単な対物レンズ１３０によって設けているが、より複雑な対物レンズ（例えば、複数のレンズ及び／又は１つ以上のミラーを含む）を設けてもよいことが理解されよう。この場合、対物レンズによって提供できる集光した放射線の理論的な最大円錐（その一部が操縦可能装置１２０によって検出される）は、典型的には対物の制限レンズによって提供できる放射線の理論的な最大円錐である。例えば、操縦可能装置１２０によって提供される放射線の反射角を拡大するために、図１に示すものより複雑な光学配置を設けてもよい（典型的には対物レンズの入射アパーチャから見たときに）。これにより物理的に制限された操縦可能範囲を有する操縦可能ミラー装置１２０（例えば、操縦可能ミラー装置１２０は±５°の最大傾斜角を有するマイクロ電気機械ミラーでもよい）を使用して、対物レンズの入射アパーチャにおいてより広い範囲の角度に渡ってサーマルイメージング装置の入射瞳を走査することが可能になる。これは、サーマルイメージング装置の有効視野を増加させる。こうした光学配置の一例５００を図５に示しており、３つのレンズ５１０，５２０および５３０が対物レンズを形成するために設けられ、操縦可能装置１２０と検出器１１０との間に２つのレンズ５４０，５５０が設けられる。この場合、レンズ５３０は、対物レンズの制限レンズである。よって、操縦可能装置１２０によって検出器１１０上に受光され反射できる放射線の理論的な最大円錐は、好ましくは、前記複数の入射瞳場所の各々について制限レンズ５３０によって提供できる収集した放射線の最大円錐の範囲内にある。
【００９２】
図５の例では、操縦可能装置１２０と検出器１１０との間の放射線の円錐５６０は、前記複数の全ての入射瞳場所について操縦可能装置１２０の全ての走査位置で同じままであり、レンズ５４０，５５０は、操縦可能装置１２０からの放射線を検出器上に集光する（ミラー装置１２０の操舵位置とは関係なく）。しかしながら、５つの異なる放射線入射円錐５７０〜５７４を示しており、各円錐５７０〜５７４は、操縦可能装置１２０の異なる操舵位置について操縦可能装置１２０とレンズ５１０との間にある放射線の円錐を表す。詳細には、操縦可能装置の傾斜角は、図５の図において紙面に出入りする軸の周りで、図５の最下部位置５７０から最上部位置５７４まで１０°だけ調整されている。レンズ５１０の入射アパーチャにおいて、円錐５７０，５７４の主光軸の角度の間で６０°の差が存在する（この場合、６０°の垂直画角を提供する）。これは、レンズ５１０，５２０および５３０によって、操縦可能装置１２０により提供される放射線の反射角の拡大によって引き起こされる（これは、対物レンズの入射側で＋／５°から＋／−３０°まで、操縦可能装置１２０によって提供される放射線の可能性ある反射角の範囲を拡大する逆望遠レンズ群を形成する）。
【００９３】
図１の実施形態では、サーマルイメージング装置１００のアパーチャ絞りは操縦可能ミラー装置１２０によって提供されているが、図５の配置では、別個の物理的アパーチャ絞り５８０が操縦可能ミラー装置１２０とレンズ５４０との間に設けられる。この場合、別個のアパーチャ絞り５８０の目的は、操縦可能ミラー装置１２０の反射面のエッジ部から反射した放射線を遮断することによって（対物レンズとは独立して）、操縦可能ミラー装置１２０が検出器１１０上に受光し反射できる放射線の理論的な最大円錐のサイズを制限することであり、これによりエッジ効果を回避している。典型的には、ミラー装置によって受光され検出器上に反射できる放射線の最大円錐は、ミラー装置の反射面の７０％超（好ましくは８０％超、ある場合は９０％超）、典型的にはミラー装置１２０の反射面の１００％未満をカバーする。
【００９４】
幾つかの実施形態において、検出器１１０は、図６に示す検出器６１０で置換してもよく、これは３つの放射線受光層６１２，６１４および６１６のスタック(stack)を有するマルチスペクトル単一画素検出器であり、各放射線受光層は、他の放射線受光層とは異なる波長（または異なる波長範囲）の入射放射線を受光して、これに応答して電気信号を生成するように構成される。放射線受光層６１２，６１４，６１６は、軸に沿って互いに整列しているが、該軸に沿って互いに軸方向にオフセットしており、これらは入射放射線の共通ビームから個々の波長の放射線をそれぞれ受光できる。放射線受光層６１２，６１４，６１６は、異なる（典型的には半導体）材料から、または異なる厚さの同じ材料から製作されるために、異なる波長の放射線に対して感度を有する。図６に示す実施形態において、層６１２，６１４，６１６は、それぞれ同じ厚さであるが、異なる（典型的には半導体）材料から形成されている。
【００９５】
層６１２に入射する放射線が層６１４に到達するためには、それは、層６１２を通過可能である必要があり、そして放射線が層６１６に到達するには、それは、層６１４，６１６を通過可能である必要がある。これは、図６において点線矢印で図示している。従って、層６１２は、層６１４，６１６が感度を有する放射線に対して透明または実質的に透明であるように構成され、層６１４は、層６１６が感度を有する放射線に対して透明または実質的に透明であるように構成される。これは、層６１２（例えば）のカットオフ波長よりも長い波長が、そのＰＮ接合を越えて侵入し、層６１２が厚過ぎない限り、それが層６１２の反対側を通過して、より長いカットオフ波長を有する層（例えば、６１４または６１６）によって検出されるようになるため、可能になる。
【００９６】
例えば、層６１２，６１４，６１６は、シリコンの層でもよい。これにより第１層６１２に０．９５μｍの「有効波長」（それに応答する）を備えた通常のシリコン応答スペクトルを提供し、より長い波長の放射線（例えば、１．０５μｍの有効波長を備えた放射線）が、層６１４を通過して層６１４まで漏れることが可能になる。より長い波長は、さらに半導体に侵入し、よって波長はシフトする。代替として、第１層６１２はシリコン層でもよく、第２層６１４はＩｎＧａＡｓ層でもよく、例えば、１μｍおよび１．２μｍの有効波長（それらに対して応答する）を層６１２，６１４に提供する。第３層６１６は、さらに大きな有効波長のためにＩｎＡｓ層または拡張したＩｎＧａＡｓでもよい。ＩｎＧａＡｓは、「歪み(strained)」でもよく、その波長応答を赤外線に拡張でき、１．７，１．９，２．１または２．６μｍの波長で「カットオフ」するＩｎＧａＡｓの異なる配置が提供できる。ＩｎＡｓは、３．４μｍの波長でカットオフする。他の適切な材料は、ＩｎＡｓＳｂを含み、これは５μｍまたは潜在的には最大８μｍでカットオフする。ＭＣＴ（テルル化カドミウム水銀）は、最大１４μｍ以上の波長でカットオフするように製作できる。
【００９７】
到来する放射線に応答して、放射線受光層６１２，６１４，６１６の各々から別個の信号６２２，６２４，６２６が提供される。制御ユニット２００は、放射線受光層６１２、６１４から出力される信号６２２，６２４，６２６を組み合わせることによって、波長依存性のサーマル画像を導出し（そして典型的にはメモリ２１０に、サーマル画像を表現するデータを出力及び／又は保存する）ようにさらに構成してもよい。このようにして波長依存性のサーマル画像は、例えば、従来のマルチスペクトルカメラを使用するよりも費用効率よく決定できる。
【００９８】
本発明の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組合せの形態で実現できることを理解されよう。こうしたソフトウェアはいずれも、消去可能または書き換え可能であるかどうかにかかわらず、例えば、ＲＯＭなどの記憶装置などの揮発性または不揮発性の記憶装置の形態で、または、例えば、ＲＡＭ、メモリチップ、デバイスまたは集積回路などのメモリの形態で、あるいは、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、磁気ディスクまたは磁気テープなど、光学的または磁気的に読み取り可能な媒体上で保存できる。記憶装置および記憶媒体は、実行時に、本発明の実施形態を実施するプログラムまたは複数プログラムを保存するのに適した機械可読記憶装置の実施形態であることは理解されよう。従って、実施形態は、請求項の何れかに記載のシステムまたは方法を実施するためのコードを含むプログラム、およびこうしたプログラムを保存する機械可読記憶装置を提供する。さらにまた、本発明の実施形態は、有線式または無線式の接続を介して搬送される通信信号など、任意の媒体を介して電子的に伝達することができ、実施形態はそれを適切に包含する。
【００９９】
本明細書に開示されている特徴の全て（添付の請求項、要約および図面の何れかを含む）、及び／又は、そのように開示されている任意の方法もしくはプロセスのステップの全ては、こうした特徴及び／又はステップの少なくとも幾つかが相互に排他的である組合せを除いて任意の組合せで組み合わせてもよい。
【０１００】
本明細書に開示された各特徴（添付の請求項、要約および図面の何れかを含む）は、特に明記しない限り、同じ、等価または類似の目的を果たす代替の特徴によって置換できる。こうして特に明示的しない限り、開示された各特徴は、包括的な一連の等価または類似の特徴の一例に過ぎない。
【０１０１】
本発明は、前述の実施形態の何れの詳細に限定されない。本発明は、本明細書に開示された特徴の任意の新規のもの、または任意の新規の組合せ（添付の請求項、要約および図面の何れかを含む）、あるいは開示された任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規の１つまたは任意の新規の組合せに拡張する。請求項は、単に前述した実施形態だけをカバーするものと解釈されるべきではなく、請求項の範囲内に含まれる任意の実施形態もカバーする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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